一种赤泥土壤基质及其制备方法技术

本申请公开了一种赤泥土壤基质及其制备方法，属于赤泥生态修复技术领域，解决了现有赤泥碱性调控化学物质用量大以及赤泥土壤化处理时其他成分复杂、成本高、赤泥消耗量小的问题。制备方法包括：将生物质原料破碎；将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中搅拌得到混合料；将混合料加入高压反应釜，升温、保温、然后冷却至室温得到水热炭化产物；将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；将水热炭进行炭化得到改性水热炭；将改性水热炭、水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池，搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。赤泥土壤基质包括改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的搅拌混合物。本申请实现了赤泥的生态修复。

A red mud soil matrix and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种赤泥土壤基质及其制备方法
本申请涉及赤泥生态修复技术，尤其涉及一种赤泥土壤基质及其制备方法。
技术介绍
赤泥是氧化铝生产工艺过程产生的固体废渣，我国赤泥总堆存量超过6亿吨，每年产生赤泥约1亿吨，大量赤泥堆存不但占用土地资源，并且堆场附近生态产生严重危害，赤泥的强碱性使得堆场寸草不生，并且易产生扬尘污染空气，赤泥中的有害元素易迁移至地下水和土壤中污染地下水和土壤，并且堆场的维护需要一定费用。目前对赤泥的综合利用开展了大量研究，主要包括提取有价成分、制备功能材料、制备建筑材料等；赤泥中含有一定量的金属资源，提取有价金属存在工艺复杂、成本高、二次污染等问题；制备高附加值的功能材料基本上处于研究阶段，并且该技术思路对赤泥的消耗量非常有限；赤泥制备烧结砖、免蒸砖、水泥等建筑材料能够大量消耗和利用赤泥，但是赤泥强碱性严重影响产品质量，而脱碱技术成本高、工艺复杂。将赤泥调控成土壤基质进行植物生长达到生态修复，实现赤泥的减量化和无害化，具有非常好的应用前景；赤泥中具有强碱性和丰富的矿物元素，有研究表明赤泥用于调控酸性土壤能够较好的促进植物生长，但是赤泥本身土壤特性非常差，碱性强、持水率低、透气性差、易板结、有机养分含量低，难以直接土壤化利用。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种赤泥土壤基质及其制备方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有技术中的赤泥碱性调控化学物质用量大，产生大量废液；(2)赤泥土壤化处理时，赤泥作为添加剂成分，其他成分复杂(碱性调控剂、肥料、改良剂等)、用量大、成本高；(3)赤泥利用率和消耗量较小。本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：本申请提供了一种赤泥土壤基质的制备方法，包括如下步骤：步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V1对高压反应釜进行升温，升温至T1后，保温5～20h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；步骤S4、将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；步骤S5、将水热炭进行炭化得到改性水热炭；步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以速度V3搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。进一步的，生物质粉末的粒度为1～5mm。进一步的，生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.05～0.2：1：0.0025～0.01。进一步的，催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。进一步的，V1为150～200℃/h。进一步的，水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％～30％。进一步的，水热炭化产物采用水热炭化一体化工艺设备制备得到，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机、搅拌罐和高压反应釜；破碎机用于对生物质进行破碎，破碎机的出料口通过第一输送通道与所述搅拌罐的第一进料口连接；搅拌罐的出料口通过第二输送通道与高压反应釜的进料口连接；第一输送通道设有至少1个物料举升机构；第二输送通道设有流体泵。进一步的，物料举升机构包括：方管框架及2个半方管机构；半方管机构包括：半方管、可转挡板和电机；方管框架能够将2个半方管机构的半方管拼合成方管，电机用于驱动半方管沿方管轴线方向滑动；半方管包括1个整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板铰接，且可转挡板能够向流体流动方向转动并使物料能够在方管中流动；可转挡板为长方形板，且可转挡板的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板的四周边缘均设有密封条。另一方面，本申请还提供了一种赤泥土壤基质，赤泥土壤基质包括改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的搅拌混合物。进一步的，改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：5～10：15～45：50～75。与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：a)本申请通过采用生物质原料水热炭化得到的水热炭化产物，并将水热炭化产物中的部分水热炭进行炭化得到改性水热炭后与其余的水热炭化产物和赤泥一起作为原料制备赤泥土壤基质，实现了生物质原料和赤泥等废物的修复和循环利用，减少了现有技术中化学物质的使用，节约成本，且环境友好，能实现赤泥的无害化和减量化。b)本申请中的水热炭化产物中的水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积；且水热炭中包括有机碳和腐植酸(腐植酸的质量百分比为5％～30％)，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性；水热炭经过炭化后的改性水热炭能改善赤泥的透气性和孔隙率。c)本申请中的水热炭液中包括小分子有机酸性物质(例如糠醛、丙酸和乙酸)；水热炭液中的这些小分子有机酸性物质能够快速降低赤泥的碱性。并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。d)本申请将破碎机、搅拌罐和高压反应釜安装在同一水平面上，通过物料举升机构可以将破碎后的固液混合物料采用封闭式的方式从低处输送至高处，同时通过流体泵将搅拌后的液态混合料从低处输送至高处，节省了整个设备占用的高度空间，并使得破碎机、搅拌罐和高压反应釜这样的大型设备可以简单地设置在水平面上即可，无需设置两套单独的设备来分别进行固态物料和液态物料的处理。本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本申请的赤泥土壤基质的制备方法的流程示意图；图2为本申请的水热炭化一体化工艺设备的整体结构示意图；图3为本申请的物料举升机构的局部剖视图；图4为本申请的物料举升机构的横截面示意图；图5为本申请的物料举升机构的纵截面示意图；图6为本申请的物料举升机构的原理图一；图7为本申请的物料举升机构的原理图二。附图标记：1-破碎机；2-搅拌罐；3-高压反应釜；4-物料举升机构；5-套管；6-四通结构；7-半方管；8-可转挡板；9-方管框架。具体实施方式下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。本申请提供了一种赤泥土壤基质的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V1对高压反应釜进行升温，升温至T1后，保温5～20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；/n步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；/n步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V

【技术特征摘要】
1.一种赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；
步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；
步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V1对高压反应釜进行升温，升温至T1后，保温5～20h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；
步骤S4、将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；
步骤S5、将水热炭进行炭化得到改性水热炭；
步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以速度V3搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。


2.根据权利要求1所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末的粒度为1～5mm。


3.根据权利要求1所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.05～0.2：1：0.0025～0.01。


4.根据权利要求3所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述V1为150～200℃/h。


6.根据权利要求1-5任一项所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％～30％。


7.根据权利要求1-5任一项所述的赤泥土壤基...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹亦俊，王重庆，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41